JPH1073806A - 液晶セル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スメクチック液晶を用いた液晶セルにおい
て、スメクチック液晶の電圧−光透過率特性を有効に活
用して、階調表示むらを目立たなくする。 【解決手段】 電極基板２０のガラス基板２１の内表面
２１ａは、各透明導電膜２２の長手方向に沿い波状に凹
凸形成されている。このため、各透明導電膜２２、絶縁
膜２３及び配向膜２４も、ガラス基板２１の内表面２１
ａの凹凸形状に合わせて波状に凹凸形状となっている。
これに伴い、配向膜２４の反強誘電性液晶４０側表面２
４ａと配向膜１５の反強誘電性液晶４０側表面１５ａと
の間の間隔Ｄは、各透明導電膜１３の幅ｄの領域にて、
最大値Ｄｍａｘ＝１．９μｍ乃至最小値Ｄｍｉｎ＝１．
５μｍの範囲の値でもってばらついている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、強誘電性液晶や反
強誘電性液晶等のスメクチック液晶を用いた液晶セルに
関する。

【０００２】

【従来の技術】強誘電性液晶を用いた液晶セルは、従来
のＴＮ液晶を用いた液晶セルとは異なり視角依存性がな
く、また、薄膜トランジスタを採用しなくても大容量の
カラー情報表示を行える等の特徴を有する点で、注目を
あびている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、強誘電性液
晶には、実質的に２状態しか液晶分子の配列がないた
め、強誘電性液晶を用いた液晶セルでは階調表示しにく
い欠点がある。このため、この液晶セルによりオンオフ
２値で階調表示を可能とするため、通常のＲＧＢ（赤緑
青）の３色にＷの色（白）を追加して１絵素を構成した
り、画素分割、ディザー或いは時間階調等により対応し
ている。

【０００４】しかし、ＲＧＢの３色にＷの色を追加した
り、画素分割やディザーによる方法では、液晶セルとし
ての実質的な解像度の低下を招く。また、時間階調によ
ると、液晶セルの表示にちらつきが発生する。従って、
いずれによるにしろ、強誘電性液晶を用いた液晶セルで
は、表示品位の大きな低下を余儀なくされている。

【０００５】一方、反強誘電性液晶を用いた液晶セルで
は、この反強誘電性液晶が、強誘電性液晶に比べ、もう
１状態多い３状態をもつため、強誘電性液晶に比べ、原
理的には階調表示し易い傾向にある。しかし、反強誘電
性液晶を封入する両電極基板の間隔（セルギャップ）
は、通常、２μｍ以下と非常に狭い。このため、このセ
ルギャップのばらつきを±１５０Å以下に抑えないと、
液晶セルの階調表示むらを招く。また、反強誘電性液晶
を配向させる配向膜の膜厚のばらつきを±１０Å以下に
抑えないと、液晶セルの階調表示むらを招く。しかも、
セルギャップや配向膜の膜厚のばらつきを上述のような
範囲に抑えることは、工業的に非常に困難である。

【０００６】このため、反強誘電性液晶を用いた液晶セ
ルでも、階調表示にあたり、強誘電性液晶を用いた液晶
セルと同様に、ＲＧＢの３色にＷの色を追加したり、画
素分割、ディザーや時間階調に依存している。従って、
反強誘電性液晶自体の原理的に階調表示し易い特性を生
かしきれていないという実情にある。これに対し、反強
誘電性液晶自体による階調表示むら発生の原因について
検討してみた。ここで、この反強誘電性液晶の電圧−光
透過率特性（図８参照）は、電圧の変化に対し光透過率
が急激に変化するという特徴を有する。このため、セル
ギャップや配向膜の膜厚のばらつきの変化に伴い反強誘
電性液晶への印加電圧が変化して光透過率を急激に変化
させることが分かった。

【０００７】従って、セルギャップや配向膜の膜厚のば
らつきの許容範囲を厳しく制限しないと、液晶セルの表
示むらを招く。このようなことから、セルギャップに各
画素内で意図的にばらつきを与えれば、反強誘電性液晶
の電圧−光透過率特性における各画素内の光透過率の電
圧に対する変化度合いを緩やかにすることができ、これ
によって、セルギャップや配向膜の膜厚のばらつきを厳
しく制限しなくても、階調表示むらを目立たないように
抑制できることに気が付いた。

【０００８】そこで、本発明は、以上述べたことに着目
し、スメクチック液晶を用いた液晶セルにおいて、スメ
クチック液晶の電圧−光透過率特性を有効に活用して、
階調表示むらを目立たなくすることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１及び２に記載の発明においては、液晶セル
の第１及び第２の電極基板の両対向面の間隔の最大値と
最小値との差が、画素内毎に、０．２μｍ乃至０．５μ
ｍの範囲にてばらついている。これによれば、スメクチ
ック液晶の電圧−光透過率特性における各画素内の光透
過率の電圧に対する変化度合いを緩やかにすることがで
き、セルギャップのばらつきを厳しく制限しなくても、
階調表示むらを人間の目では認識できない程に小さく目
立たなくできる。

【００１０】また、請求項３に記載の発明によれば、第
１及び第２の電極基板の両対向面の少なくとも一方が配
向膜（１６）により形成されており、配向膜の膜厚の最
大値と最小値との差が前記画素内毎に３０Å乃至１００
Åの範囲にてばらつくように、前記配向膜に凹凸が付与
されている。このように配向膜に凹凸を付与することに
よっても、請求項１に記載の発明と同様の作用効果を達
成できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。図１は、本発明に係る液晶セルの
一実施形態を示している。この液晶セルは、両電極基板
１０、２０を備えており、これら電極基板１０、２０
は、多数の樹脂スペーサ３０、反強誘電性液晶４０及び
環状シール（図示しない）を介し互いに対向して配設さ
れている。

【００１２】電極基板１０は、ガラス基板１１を備えて
おり、このガラス基板１１の内表面１１ａには、赤色
（Ｒ）のカラーフィルタ層１２ａ、緑色（Ｇ）のカラー
フィルタ層１２ｂ及び青色（Ｂ）のカラーフィルタ層１
２ｃの３層からなるカラーフィルタが、複数条、並列に
形成されている。なお、図１では、カラーフィルタの一
例を示す。

【００１３】また、電極基板１０は複数条の透明導電膜
１３を備えており、これら各透明導電膜１３は、各カラ
ーフィルタ層１２ａ乃至１２ｃ上にこれらカラーフィル
タ層に沿い形成されている。絶縁膜１４は、各透明導電
膜１３及び各カラーフィルタ層１２ａ乃至１２ｃを介し
ガラス基板１１の内表面１１ａ上に形成されており、こ
の絶縁膜１４上には、配向膜１５が、反強誘電性液晶４
０側から形成されている。なお、ガラス基板１１の外表
面には、偏光板（図示しない）が貼り付けられている。

【００１４】一方、電極基板２０は、ガラス基板２１を
備えており、このガラス基板２１の内表面２１ａには、
複数条の透明導電膜２２が、複数条の透明導電膜１３と
共に格子状の複数の画素Ｇ（図１参照）を構成するよう
に形成されている。絶縁膜２３は、ガラス基板２１の内
表面２１ａに各透明導電膜２２を介し形成されており、
この絶縁膜２３上には、配向膜２４が、反強誘電性液晶
４０側から形成されている。なお、ガラス基板２１の外
表面には、偏光板（図示しない）が上記偏光板に対しク
ロスニコルの位置にて貼り付けられている。

【００１５】ここで、ガラス基板２１の内表面２１ａ
は、図１にて拡大して示すごとく、各透明導電膜２２の
長手方向に沿い波状に凹凸形成されている。このため、
各透明導電膜２２、絶縁膜２３及び配向膜２４も、ガラ
ス基板２１の内表面２１ａの凹凸形状に合わせて波状に
凹凸形状となっている。但し、ガラス基板２１の内表面
２１ａの凹凸形状は、内表面２１ａをフッ酸等で粗すこ
とにより形成されている。

【００１６】上述のような凹凸形状に伴い、配向膜２４
の反強誘電性液晶４０側表面（以下、内表面２４ａとい
う）と配向膜１５の反強誘電性液晶４０側表面（以下、
内表面１５ａという）との間の間隔Ｄは、各透明導電膜
１３の幅ｄ（各透明導電膜１３の図１にて図示左右両側
部間の間隔）に対応する領域内にて、最大値Ｄｍａｘ＝
１．９μｍ乃至最小値Ｄｍｉｎ＝１．５μｍの範囲の値
でもってばらついている。

【００１７】このことは、間隔Ｄが、液晶セルの少なく
とも各画素Ｇ内の領域にて、Ｄｍａｘ＝１．９μｍ乃至
Ｄｍｉｎ＝１．５μｍの範囲の値でもってばらついてい
ることを意味する。このように間隔Ｄにばらつきを付与
する根拠は、次の通りである。反強誘電性液晶を用いた
液晶セルにおいて、上述のごとく、反強誘電性液晶の電
圧−光透過率特性における各画素内の光透過率の電圧に
対する変化度合いを緩やかにするには、各画素内で意図
的にセルギャップをばらつかせることにより、セルギャ
ップのばらつきを±１５０Å以下に抑えたり、配向膜の
膜厚のばらつきを±１０Å以下に抑えることができなく
ても、階調表示むらを人間の目では認識できない程に小
さく目立たなくできる。

【００１８】そこで、本実施形態では、上述のごとくガ
ラス基板２１の内表面２１ａに凹凸形状を付与すること
で、間隔Ｄが、液晶セルの少なくとも各画素Ｇ内の領域
にて、Ｄｍａｘ＝１．９μｍ乃至Ｄｍｉｎ＝１．５μｍ
の範囲の値でもってばらつくようにした。ちなみに、反
強誘電性液晶４０の電圧−光透過率特性を一画素Ｇ内の
領域にて測定してみたところ、間隔Ｄ＝１．５μｍ、
１．６μｍ、１．７μｍ、１．８μｍ、１．９μｍのと
き図２にて示すような各曲線が得られた。

【００１９】しかして、これら５本の曲線に基づき、電
圧−光透過率特性を平均化したところ、Ｄ＝Ｄａにて示
す曲線が得られた。これによれば、Ｄ＝Ｄａにて示す曲
線では、電圧に対する光透過率の変化度合が、Ｄ＝１．
５μｍ、１．６μｍ、１．７μｍ、１．８μｍ、１．９
μｍにて示す各曲線に比べ、緩やかであることが分か
る。

【００２０】ここで、画素Ｇは非常に小さな領域である
ため、人間が見た場合、一画素内の間隔Ｄのばらつきの
差０．５μｍによる電圧−光透過率特性の電圧に対する
光透過率の変化度合は、Ｄ＝Ｄａにて示す曲線における
電圧に対する光透過率の変化度合として実質的に認識さ
れる。そこで、電圧−光透過率特性を間隔Ｄ＝１．７０
μｍ及び１．７５μｍにて比較してみると、電圧を１
（Ｖ）としたとき、図３にて示すごとく、光透過率の差
は０．２３（％）となっていた。

【００２１】これに対し、従来の反強誘電性液晶を用い
た液晶セルの電圧−光透過率特性をセルギャップ１．７
０μｍ及び１．７５μｍにて比較してみると、図４にて
示すごとく、光透過率の差は、明らかに階調表示むらの
原因となる値である０．３５（％）であった。従って、
図３及び図４の両特性を比較してみると、本実施形態に
おける液晶セルの方が、従来の液晶セルに比べ、光透過
率がかなり減少していることが分かる。

【００２２】これによれば、本実施形態の液晶セルの階
調表示むらが、従来の液晶セルに比べ、人間の目では認
識できない程度に小さく目立たなくなり、階調表示むら
としては認識されないことが理解され得る。また、この
ような液晶セルを用いれば、マルチメディア情報機器、
壁掛けテレビジョンや車載ディスプレイ等における階調
表示においてその表示むらを適正に小さくできて、表示
品質を高めることができる。

【００２３】但し、樹脂スペーサ３０としては、上記画
素内での間隔Ｄのばらつきを考慮して、弾性変形し易い
樹脂スペーサ（例えば、商品名「ミクロパール」）が採
用されている。これにより、多数の樹脂スペーサ３０の
各々が両電極基板１０、２０の間にて反強誘電性液晶４
０中に浮くことなく、両電極基板１０、２０によりしっ
かりと挟持され得る。また、樹脂スペーサ３０に代え
て、比較的柔らかい樹脂層を両電極基板１０、２０の間
に設けるようにしてもよい。

【００２４】なお、本実施形態では、上述のごとく、間
隔Ｄが、１．９μｍ乃至１．５μｍの範囲内でばらつく
ようにしたが、これに限ることなく、セルギャップの各
画素内でのばらつきの差を最大０．５μｍ程度及び最小
０．２μｍ程度にしておけば、反強誘電性液晶の電圧−
光透過率特性における電圧に対する光透過率の変化度合
を適正に緩やかにできる。従って、反強誘電性液晶を用
いた液晶セルにおいて通常生ずるセルギャップの製造上
のばらつきや配向膜の膜厚のばらつきを許容することを
前提としても、階調表示むらを目立たない程度に抑える
ことができる。

【００２５】この場合、上記電圧に対する光透過率の変
化度合の緩和に伴い白と黒の電圧差も当然大きくなる。
従って、この電圧差、ひいては上記セルギャップの各画
素内でのばらつきの差は小さい方がよく、約０．２μｍ
が限界である。また、上記電圧に対する光透過率の変化
度合の緩和が大きすぎても、液晶セルとしての表示品質
に悪影響を与える。このため、セルギャップの各画素内
でのばらつきの差は、約０．５μｍが限界である。

【００２６】次に、上記実施形態の変形例を図５乃至図
７に基づいて説明する。この変形例では、上記実施形態
にて述べた電極基板１０において、配向膜１６が、配向
膜１５に代えて採用され、かつ、上記実施形態にて述べ
た電極基板２０において、ガラス基板２５が、ガラス基
板２１に代えて採用されている。配向膜１６は絶縁膜１
４上に反強誘電性液晶４０側から形成されている。この
配向膜１６のうち絶縁膜１４を介し各透明導電膜１３に
対応する各対応膜部１６ａにおいては、膜厚部Ａ及び薄
膜部Ｂが、各対応膜部１６ａの図５にて図示略左側幅方
向領域及び右側幅方向領域にてそれぞれ形成されてい
る。

【００２７】本変形例では、膜厚部Ａは３６０Åの膜厚
を有しており、一方、薄厚部Ｂは３００Åの膜厚を有し
ている。また、ガラス基板２５の内表面２５ａは、上記
実施形態におけるガラス基板２１の内表面２１ａとは異
なり、平面状に形成されている。これに伴い、ガラス基
板２５の内表面２５ａに順次形成した各透明導電膜２
２、絶縁膜２３及び配向膜２４も、ガラス基板２５の内
表面２５ａの平面形状に合わせ平面状となっている。

【００２８】ここで、配向膜１６及びガラス基板２５を
上述のように構成した根拠について説明する。図４にて
述べた液晶セルの電圧−光透過率特性に基づき、電圧１
（Ｖ）のもとに、両セルギャップ１．７０μｍ及び１．
７５μｍの場合の光透過率差と１画素内セルギャップ差
との関係を示す特性を作成すると、図６にて示す直線Ｌ
が得られる。

【００２９】この直線Ｌを満たすように、光透過率差と
１画素内配向膜膜厚差との関係を決定すると、図７にて
示すように、配向膜膜厚差が、１画素内セルギャップ差
に対応して、０Å乃至１８０Åなる。これを前提に、上
記実施形態にて述べた間隔Ｄ＝１．５μｍ乃至１．９μ
ｍの範囲に対応する配向膜１６の膜厚を決定し、上述の
ごとく、膜厚部Ａ及び薄膜部Ｂの各膜厚を３６０Å及び
３００Åとした。

【００３０】このように、上記実施形態にて述べたガラ
ス基板２１の内表面２１ａの凹凸形状に代えて、配向膜
１６の膜厚を上述のごとく変化させても、上記実施形態
と同様に、反強誘電性液晶の電圧−光透過率特性におけ
る電圧に対する光透過率の変化度合を適正に緩やかにで
きる。従って、反強誘電性液晶を用いた液晶セルにおい
て通常生ずるセルギャップの製造上のばらつきや配向膜
の膜厚のばらつきを許容することを前提としても、階調
表示むらを目立たない程度に抑えることができる。

【００３１】なお、上記変形例では、膜厚部Ａ及び薄膜
部Ｂの各膜厚が３６０Å及び３００Åとしたが、これに
限ることなく、配向膜１６の各対応膜部１６ａの膜厚の
各画素内でのばらつきの差を最大１００Å程度及び最小
３０Å程度にしておけば、セルギャップの各画素内での
ばらつきの差を最大０．５μｍ程度及び最小０．２μｍ
程度とした場合と実質的に同様の作用効果を達成でき
る。

【００３２】また、上記実施形態や変形例では、液晶と
して反強誘電性液晶を採用した例について説明したが、
これに限らず、強誘電性液晶等のスメクチック液晶を液
晶として採用しても上記実施形態と実質的に同様の作用
効果を達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の要部拡大断面図である。

【図２】図１の反強誘電性液晶の電圧−光透過率特性が
間隔Ｄのばらつきにより変化する状態を示すグラフであ
る。

【図３】図２の電圧−光透過率特性における間隔Ｄ＝
１．７０μｍ及び１．７５μｍの場合の光透過率の差を
示すグラフである。

【図４】従来の液晶セルにおけるセルギャップ＝１．７
０μｍ及び１．７５μｍの場合の光透過率の差を示すグ
ラフである。

【図５】上記実施形態の変形例を示す要部拡大断面図で
ある。

【図６】図４のグラフに基づき光透過率差と１画素内セ
ルギャップ差との関係を作成したグラフである。

【図７】図４のグラフを満たすように、光透過率差と１
画素内配向膜膜厚差との関係を作成したグラフである。

【図８】従来の反強誘電性液晶の電圧−光透過率特性を
示すグラフである。

【符号の説明】

１０、２０…電極基板、２１、２５…ガラス基板、２１
ａ、２５ａ…内表面、１５、１６、２４…配向膜、１６
ａ…対応膜部、３０…樹脂スペーサ、４０…反強誘電性
液晶、Ａ…厚膜部、Ｂ…薄膜部。

フロントページの続き (72)発明者 高須 久志 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数条の電極（１３）を内部に有する第
   １電極基板（１０）と、 この第１電極基板に対向して配設されて前記複数条の電
   極と共に格子状の複数の画素（Ｇ）を構成する複数条の
   電極（２２）を内部に有する第２電極基板（２０）と、 前記第１及び第２の電極基板の各対向面の間に封入され
   たスメクチック液晶（４０）とを備えた液晶セルにおい
   て、 前記第１及び第２の電極基板の両対向面の間隔の最大値
   と最小値との差が、前記画素内毎に、０．２μｍ乃至
   ０．５μｍの範囲にてばらついていることを特徴とする
   液晶セル。
2. 【請求項２】 前記第１及び第２の電極基板の両対向面
   の間隔の最大値と最小値との差が前記画素内毎に０．２
   μｍ乃至０．５μｍの範囲にてばらつくように、前記両
   対向面の少なくとも一方に凹凸が付与されていることを
   特徴とする請求項１に記載の液晶セル。
3. 【請求項３】 複数条の電極（１３）を内部に有する第
   １電極基板（１０）と、 この第１電極基板に対向して配設されて前記複数条の電
   極と共に格子状の複数の画素（Ｇ）を構成する複数条の
   電極（２２）を内部に有する第２電極基板（２０）と、 前記第１及び第２の電極基板の各対向面の間に封入され
   たスメクチック液晶（４０）とを備えた液晶セルにおい
   て、 前記第１及び第２の電極基板の両対向面の少なくとも一
   方が配向膜（１６）により形成されており、 前記配向膜の膜厚の最大値と最小値との差が前記画素内
   毎に３０Å乃至１００Åの範囲にてばらつくように、前
   記配向膜に凹凸が付与されていることを特徴とする液晶
   セル。